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1、基于单片机压力测量仪设计题 目：基于单片机的压力测量仪设计姓 名：张 金 花学 号：5001120042007专 业：电气工程及其自动化 学习中心：西安电子科技大学校本部指导教师：李 杰基于单片机的压力测量仪设计摘要压力测量对实时监测和安全生产具有重要的意义。在工业生产中，为了高效、安全生产，必须有效控制生产过程中的诸如压力、流量、温度等主要参数。由于压力控制在生产过程中起着决定性的安全作用，因此有必要准确测量压力。本次设计为基于单片机的压力测量仪。主要通过单片机及专用芯片对传感器所测得的模拟信号进行处理,使其完成压力测量的功能。本文介绍的是基于单片机压力测量仪的设计。首先，文章对压力测量仪的
2、发展现状和发展趋势做了简单的综述，然后，文章对压力测量仪的总体设计和各模块的工作原理进行了分述。该压力测量仪是以M430F149单片机为核心，是通过应变式传感器将压力转换成电信号，转换成LED显示器显示显示需要的值，要实现压力的显示需硬件与软件的配合，最终调试出来。本设计的最终结果是，将软件下载到硬件上调试出来显示的数据，当输入的模拟信号发生变化的时候，通过A/D转换后，LED将显示需要的数值。测量仪采用双组发光数码管显示。关键词： 压力测量仪 M430F149单片机 应变式传感器目 录第一章绪论51.1 研究背景51.2 测量压力的意义61.3压力的概念61.4压力检测方法7第二章基于单片机
3、的压力测量仪72.1压力测量仪历史72.2压力测量仪的种类及特点82.3压力测量仪的原理9第三章压力传感器93.1压力传感器简介93.2压力传感器的种类103.3应变式压力传感器参数规格103.4电阻应变式传感器的工作原理123.5传感器与压力测量仪的连接法12第四章压力测量仪技术规格134.1 一般规格134.2 数字部分134.3 模拟部分13第五章压力测量仪的相关操作145.1 一般说明145.2 压力测量仪输入灵敏度145.3 前面板说明145.4 控制输出插座155.5压力测量仪的标定155.5.1.零点标定155.5.2实物标定16第六章基于单片机的压力测量仪的硬件设计186.1以
4、单片机为核心压力测量仪的其本组成186.2单片机MSP430 F149介绍186.2.1功能介绍186.2.2各引脚功能206.3看门狗MAX706R216.3.1介绍216.3.2工作原理216.3.3各引脚功能226.4 A/D转换器ADS8320226.5 显示驱动芯片MAX7219236.6显示模块7段数码管256.6.1结构及工作原理256.6.2 LED显示器连接方法256.6.3显示驱动266.7按键27第七章系统软件设计28第八章 总结29致谢30参考文献31第一章 绪论1.1 研究背景近年来，随着微型计算机的发展，单片机的应用在人们的工作和日常生活中越来越普遍。在与一些石油化
5、工企业接触中，发现在这些企业使用大量的弹簧指针式压力表，但是在一些振协较大的管路上，这些指针式压力表经常损坏，虽然指针式压力表价格相对较低，但是振动造成测量的不准确和经常损坏，使得压力表需要频繁更换，修理量和随后的校准工作量很大，投入的人力和时间也很可观，运行维护成本很高。如果有一种适应现场应用条件，价格又较为合理的替代指针式压力表的产品， 采用压力传感器、变送器、数字式的压力表的模式，可以从根本上解决由于普通指针式压力表的机械零件多，耐震性差，可靠性差的问题。由此分析可以看出，有些工业现场需要一种能够克服上述缺点的，替代指针式压力表的较低成本的产品。另外传统的量具是杆秤或盘秤，现代社会的发展
6、对其称重技术提出了更高的要求,工业过程控制是计算机的一个重要应用领域,现在可以毫不夸张的说，没有微型计算机的仪器不能称为先进的仪器。基于单片机的压力测量仪的设计是为了满足市场对长寿命、低功耗、低成本数字式、耐震压力表的需求也满足上述的需求设计的。随着电子技术的不断发展，数字芯片的价格下降，模拟控制已经逐步被数字控制所代替。与普通器具相比，数字电子秤具有数字直接显示被称物体的重量、精度高、性能稳定、测量准确、使用方便等优点。电子秤的设计模式也大都以微处理器为核心，使精度和可靠性都有了明显的提高。具有较为广阔的市场前景。数字电子秤在各种生产领域和人民日常生活中得到广泛应用，按原理分为电子秤、机械秤
7、和机电结合秤，按功能分为计数秤、计价秤、计重秤，按用途分为工业秤、商业秤、特种秤。数字电子秤正在向高精度、高分辨率、智能化方向发展。用电子秤称重的过程是把被测物体的重量通过传感器转换成电压或电流信号，称重的准确程度首先取决于传感器输出的信号，由于这一信号通常都很小，需要应用放大系统进行准确、线性的放大，以满足模/数转换器对输入信号电平的要求。放大后的模拟信号经过模/数转换电路转变成数字量，然后把数字信号输送到显示电路中去，最后由显示电路显示出测量结果。随着大规模集成电路、计算机技术的迅速发展，以及人工智能在测试技术方面的广泛应用，传统的电子测量仪器在原理、功能、精度及自动化水平等方面都发生了巨
8、大的变化逐步形成了一种完全突破传统概念的新一代测试仪器智能仪器。在科学技术高速发展的今天，如何用简单便宜，性能良好的元器件制造出对人类生活有用的产品，已经成为人们研究的主要趋势。1.2 测量压力的意义在现代工业生产过程中，压力是一个非常重要的参数，它决定了生产过程能否正常的进行。例如在合成氨生产中，氢气与氮气在合成塔内合成，压力是决定这个化学反应的主要因素之一，它既影响物料平衡关系，也影响化学反应速度，所以必须严格遵守工艺操作条件，保持一定的压力，才能确保生产正常地进行。在某些条件下，压力还直接决定设备的经济性，例如汽轮机排汽真空度，内燃机的排气背压都对设备的效率有重大影响。各种气体、液体的压
9、力测量在生产生活、工业现场、科学实验领域有着广泛的应用。压力测量的需要和应用几乎无处不在，可以说我们日常生产的每一天都离不开压力测量，例如凡是在气动、液压应用的领域，都必然要进行压力测量；各种工业现场的过程控制和自动化也都离不开压力测量和控制；同样，在与我们生产密切相关的领域，像汽车、轮船、飞机这些运输工具，以至于我们关心的医疗、气象、制冷、空调等都有压力测量的踪影。其它一些测量还可以转换为压力测量，例如储油罐的液位，油量就可以驼过测量储油罐底部的压力，经过计算机得出。火电厂中为设备的安全经济运行，需测量压力。另外，一些不易直接测量的参数，例如，流量、液位等，往往通过压力或压差间接获得。在石油
10、开采过程中，常使用水泥浆拌土浆，重晶石粉浆等材料实施固井作业。这些泥浆材料放在很大的密封罐内，在施工作业时，需要随时监测罐内材料的质量。泥浆材料测得仪能够测量并显示密封罐内泥浆材料的质量，测量范围为11031.2105kg，可同时对4个密封罐进行监测。所以，压力测量在自动化中具有特殊地位。由于在工业生产过程和科学实验中，压力测量是一个非常重要的环节，所以压力测量仪在工业生产中使用得非常广泛。在以前常用的压力测量仪表大多为液柱式压力计和弹性压力计，随着工业技术的不断发展，很多企业的生产要进行集中控制和使用电子计算机控制，所以普通弹性压力测量仪就无法实现，为些必须采用把压力转换为电参数的电测压力计
11、，以便于观察、记录、远传和控制，这也是今后压力测量仪生产和使用的一个方向。1.3压力的概念压力是工业生产中的重要参数之一，为了保证生产正常运行，必须对压力进行测量和控制，但需说明的是，这里所说的压力，实际上是物理概念中的压强，即垂直作用在单位面积上的力。压力表可以指示、记录压力值并可附加报警或控制装置。仪表所测压力包括绝对压力、大气压力、正压力（习惯上称表压）、负压(习惯上称真空)和差压。工程技术上所测量的多为表压。压力的国际单位为帕(Pa)。垂直均匀地作用于单位面积上的力称为压力。1.4压力检测方法首先利用由压力传感器组成的测量电路测出物体的重量信号,其次，由放大器电路把传感器输出的微弱电压
12、信号进行一定倍数的放大，放大后的电压信号送到模/数转换电路中,再由模/数转换电路把接收到的模拟信号转换成数字信号，传送到单片机，由单片机采集并存储采集到的压力数据，最后由显示电路显示数据。这就是压力测量仪的工作的整过程。那这么压力的检测方法如下：压力检测方法：1.平衡法：通过仪表使液柱高度的重力或砝码的重量与被测压力相平衡的原理测量压力2.弹性法：利用各种形式的弹性元件，在被测介质的表压力或负压力作用下产生的弹性变形来反映被测压力的大小3.电气式：用压力敏感元件直接将压力转换成电阻、电荷量等电量的变化。第二章 基于单片机的压力测量仪2.1压力测量仪历史在20世纪80年代前，一般的工程技术中几乎
13、多采用弹簧式压力仪表对压力参数进行测试。但是随着科学技术的发展和对压力测试技术的要求，特别是航空，航天等部门给压力测试技术提出了许多新的要求，这就是必须迅速反映测量过程的变化情况，并将变化的信息送给计算机，以使控制测试过程或生产工艺流程，实现自动化控制，或者能直接输入给显示、记录、数据处理系统，这样就发展产生了电测试压力仪，以代替过只能测试仪静态压力的指针式弹簧压力仪。近年来，根据不同的测量压力的对象，且随着集成电路技术，计算机技术以及数据采集系统的发展，出现了新颖的压力传感器，以适应科学技术的发展。1643年，意大利人托里拆利首先测定标准的大气压力值为760毫米汞柱，奠定了液柱式压力测量仪表
14、的基础。1847年，法国人波登制成波登管压力表，由于结构简单、实用，很快在工业中获得广泛应用，一直是常用的压力测量仪表。二十世纪上半叶出现了远传压力表和电接点压力表，从而解决了压力测量值的远距离传送和压力的报警、控制等问题。60年代以后，为适应工业控制、航空工业和医学测试等方面的要求，压力测量仪表日益向体积轻巧、耐高温、耐冲击、耐振动和数字显示等方向发展。2.2压力测量仪的种类及特点随着科技的发展，压力测量的方法和种类也在不断推陈出新，从测量原理的角度来分类，主要分液注式、弹性式、负荷式、电子测量式等。液柱式压力测量仪表常称为液柱式压力计，它是以一定高度的液注所产生的压力，与被告测压力相平衡的
15、原理测量压力的。大多是一根直的或弯成U形的玻璃管，其中充以工作液体。常用的工作液体为蒸馏水、水银和酒精。因玻璃管强度不高，并受读数限制，因些所测压力一般不超过0.3兆帕。它的特点是：液柱式压力计灵敏度高，因些主要用作实验室中的低压基准仪表，以校验工作用压力测量仪表。由于工作液体的管理方式在环境温度、重力加速度改变时会发生变化，对测量结果常需要进行温度和重力加速度等方面的修正。弹性式压力测量仪表是利用各种不同开关的弹性元件，在压力下产生变形的原理制成的压力测量仪表。弹性式压力测量仪表按采用的弹性元件不同，可分为弹簧管压力表、膜片压力表、膜盒压力表和波纹管压力表等；按功能不同分为指示式压力表、电接点压力表和远传压力表等。这类仪表的特点是:结构简单，结实耐用，测量范围宽，是压力测量仪表中应用最多的一种。负荷式压力测量仪表常称为负荷式压力计，它是直接按压力的定义制作的，常见的有活
